Defining an equivalent homogeneous roughness length for turbulent boundary layers developing over patchy or heterogeneous surfaces
Defining an equivalent homogeneous roughness length for turbulent boundary layers developing over patchy or heterogeneous surfaces
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定义在斑片或异质表面上形成的湍流边界层的等效均匀粗糙度长度
DOI：
10.1016/j.oceaneng.2022.113454
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发表时间：
2023
影响因子：
5
通讯作者：
Hutchins N
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hutchins N
一种新的方法的基础上的功率平均值的建议，用于定义一个等效的均匀粗糙度长度k e h r，它考虑到斑块或船体上的粗糙度的非均匀分布，可以很容易地纳入现有的全尺寸阻力预测方法。在补丁的大小是远远大于边界层厚度的限制，它很容易显示，阻力系数和粗糙度长度之间的关系是非线性的，突出了一个明显的错误源与当前的方法，试图通过面积加权算术平均值来定义一个等效的均匀粗糙度。误差的程度取决于粗糙度分布，但估计超过16%的高度偏β非均匀分布。对于完全粗糙模型，幂均值方法对于这里测试的分布返回的误差< 1%。幂平均方法的功效也进行了评估，在过渡制度和不同的过渡粗糙度模型（Nikuradse和Colebrook），并保留最现实的操作场景的准确性。
A new approach based on the power mean is suggested for defining an equivalent homogeneous roughness length k e h r which takes into account patchiness or heterogeneous distribution of roughness on ship hulls and can be readily incorporated into existing full-scale drag prediction methods. In the limit where patch sizes are much greater than the boundary layer thickness, it is readily shown that the relationship between drag coefficient and roughness length is non-linear, highlighting an obvious source of error with current approaches that attempt to define an equivalent homogeneous roughness through an area-weighed arithmetic mean. The degree of error is dependent on the roughness distribution, but is estimated to exceed 16% for highly skewed beta heterogeneous distributions. For fully-rough models, the power-mean approach returns errors of< 1% for the distributions tested here. The efficacy of the power-mean approach is also evaluated in the transitional regime and with different transitional roughness models (Nikuradse and Colebrook) and retains accuracy for most realistic operating scenarios.
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DOI：
--
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
作者：
D. Pullin;N. Hutchins;D. Chung
通讯作者：
D. Chung
雷诺和分散剪切应力对高度倾斜粗糙度的贡献
影响因子：
3.7
作者：
Jelly T
通讯作者：
Jelly T
高雷诺数下表面条件从粗糙到平滑变化的湍流边界层的实验研究
影响因子：
3.7
作者：
Mogeng Li;C. D. de Silva;D. Chung;D. Pullin;I. Marusic;N. Hutchins
通讯作者：
N. Hutchins
湍流边界层对表面粗糙度阶跃变化的响应。
影响因子：
3.7
作者：
R.;E. R.
通讯作者：
E. R.
壁粗糙度发生阶跃变化后湍流边界层的发展
影响因子：
3.7
作者：
Hanson R
通讯作者：
Hanson R